×
12.08.2019
219.017.be8c

Алюминиево-циркониевый сплав

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, в частности к алюминиевым сплавам, используемым в качестве электротехнической катанки и проводов для линий электропередач. Алюминиево-циркониевый сплав содержит, мас.%: 0,22-0,4 Zr, 0,2-0,4 Si, 0,62-0,8 Fe, алюминий – остальное, при соотношении кремний/железо, равном 0,3-0,5. Полученный сплав имеет комплекс высоких эксплуатационных характеристик, а именно повышенную прочность, высокую электропроводность и термостойкость. 1 табл., 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области металлургии, в частности к алюминиевым сплавам, используемым в качестве электротехнической катанки и проводов для линий электропередач.

Низколегированные алюминиевые сплавы, благодаря высокой удельной прочности, хорошей электропроводности, высокой коррозийной стойкости и низкой цене находят свое применение в качестве проводов различных кабелей и линий электропередач (ЛЭП). Существует европейский стандарт IEC 62004 и его русский аналог ГОСТ Р МЭК 62004— 014, в котором обозначены требования к проволоке из термостойкого алюминиевого сплава для провода ЛЭП. Однако получение сплавов низкой себестоимости, которые бы соответствовали требованиям этих стандартов, сталкивается с трудностями получения комплекса высоких эксплуатационных свойств: высокой прочности и термостойкости при сохранении электропроводности. Основной путь повышение прочности и термостойкости – легирование цирконием, однако верхний предел добавки циркония ограничен 0,3-0,4% в связи с выделением грубых первичных частиц Al3Zr, снижающих технологическую пластичность сплавов и проводящих к растрескиванию заготовки при деформации. Уровень прочностных характеристик, обеспеченный дисперсионным упрочнением алюминиевых сплавов частицами Al3Zr, не соответствует существующим требования. Повышение прочности и термической стабильности при сохранении электропроводности за счет оптимизации химического состава алюминиевых сплавов позволит как уменьшить расход сплава на единицу длины провода, снизив его себестоимость, так и увеличить срок эксплуатации готовых изделий.

Известен сплав с химическим составом 0,6-1,5% Cu, 1,2-1,8% Mn, 0,2-0,8% Zr, 0,05-0,25% Si, 0,1-0,4% Fe, 0,01-0,3% Cr предназначенный для изделий, в частности проволоки, работающих при высоких температурах (RU 2534170, публ. 06.12.2012). Данный сплав после обработки показывает высокие прочностные свойства: временное сопротивление разрыву более 300 МПа и хорошую термостойкость вплоть до высоких температур.

Недостатком данного сплава является низкая электропроводность – менее 55% IACS (электропроводности чистой меди), что является недостаточным для использования данных материалов в проводах ЛЭП.

Известен сплав для изделий электротехнического назначения, в частности проводов высоковольтных ЛЭП в районах со сложными климатическими условиями (RU № 2441090 публ. 01.03.2010). Сплав имеет следующий химический состав: 0,3-0,7% Zr, 0,1-0,6% Fe, 0,04-0,2% Si, 0,005-0,2 % Ce. Алюминиевый сплав характеризуется высокими проводящими свойствами и достаточной термостойкостью.

Недостатком сплава является пониженная прочность: временное сопротивление разрыву составляет около 160 МПа. Кроме того добавка редкоземельного элемента увеличивает себестоимость провода и снижает экономическую целесообразность его производства.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является сплав на основе алюминия, содержащий 0,15-0,40% Zr, 0,03-0,15% Si, 0,15-0,35% Fe, 0,01-0,60% Mg, 0,005-0,01% Cu, 0,005-0,02% Zn, 0,001-0,003% B, сумму примесей Ti, Cr, V, Mn до 0,030% (RU 2544331, публ. 23.01.2014). Сплав может быть использован преимущественно для изготовления катанки электротехнического назначения, а также деформированных полуфабрикатов, используемых в строительстве, машиностроении и других областях народного хозяйства.

Недостатком сплава является недостаточная прочность при высоких проводящих характеристиках и способности сохранять прочность после нагрева до высоких температур.

Задачей предлагаемого изобретение является разработка сплава, обладающего повышенной прочностью, достаточной электропроводностью, термостойкостью при низкой себестоимости.

Для решения поставленной задачи предлагается сплав на основе алюминия, содержащий цирконий, кремний, железо со следующим соотношением компонентов, мас. %: 0,22-0,4 Zr, 0,2-0,4 Si, 0,62-0,8 Fe, алюминий - остальное, при соотношении кремний/железо=0,3-0,5.

Предложенный сплав отличается от прототипа тем, что содержит следующие компоненты в мас. %:

Цирконий 0,22-0,4
Кремний 0,2-0,4
Железо 0,62-0,8
Алюминий остальное,

при этом соотношение кремний/железо=0,3-0,5.

Техническим результатом изобретения является сплав, обладающий повышенной прочностью, достаточной электропроводностью, термостойкостью за счет полученного химического состава, что позволит применять его в качестве материалов электротехнического назначения, в частности, в качестве алюминиевой катанки и материала для ЛЭП.

В составе сплава компоненты проявляют себя следующим образом.

Оптимальное содержание циркония в пределах 0,22-0,4% необходимо для формирования когерентных частиц Al3Zr с решеткой L12 размером менее 20 нм. Частицы обеспечивают хорошую термостойкость и препятствуют развитию рекристаллизационных процессов при повышенных температурах. Завышенное содержание циркония приводит к выделению грубых первичных частиц Al3Zr в литом состоянии, которые не влияют на прочностные характеристики сплава и на стабильность структуры при повышенных температурах. Первичные частицы Al3Zr имеют размер 3-10 мкм и характерную форму иероглифа. Наличие в сплаве таких частиц снижает технологическую пластичность отливки и приводит к растрескиванию материала в процессе дальнейшей деформации. Легирование сплава цирконием менее 0,22% приводит к ухудшению термостойкости и снижению прочностных свойств. Добавка железа с кремнием необходима для значительного повышения прочностных характеристик при сохранении электропроводности на приемлемом уровне. При этом соотношение кремний/железо=0,3-0,5 обеспечивает формирование после отжига частиц Al8Fe2Si и Al5FeSi сферической формы размером менее 3 мкм. Частицы являются препятствиями для движения дислокаций при повышенной температуре и препятствуют разупрочнению сплава при нагреве. Кроме того легирование кремнием приводит к повышению диффузии циркония, ускоряет выделение частиц Al3Zr и тем самым сокращает время термической обработки, что позволяет оптимизировать технологический процесс, сократить затраты на электроэнергию и снизить себестоимость готового изделия. Легирование кремнием и железом выше заявленных пределов влечет сильное снижение проводящих свойств. Завышенное в сравнении с аналогом содержание кремния и железа не приводит к значительному увеличению себестоимости изделия, однако позволяет повысить прочностные характеристики при сохранении электропроводности на высоком уровне.

Пример осуществления.

Выплавку проводят в тигельных печах под флюсом при температуре 800-900°С и скорости охлаждения 10°С/сек. Далее сплав подвергают горячей прокатке при температуре 400°С со степенью обжатия 78 % после чего проводят ступенчатый отжиг деформированной заготовки в интервале 200-450°С с шагом 50°С и выдержкой на каждом этапе 3 ч. Охлаждение заготовки осуществляется на воздухе.

Полученную заготовку подвергли испытаниям на растяжение при комнатной температуре и после отжига при температуре 400°С 1 ч для определения предела текучести, предела прочности, относительного удлинения и термостойкости. Кроме того была измерена электропроводность сплава при комнатной температуре.

Фазовый состав термостойкого алюминие-циркониевого сплава после ступенчатого отжига литой заготовки в интервале 200-450°С с шагом 50°С и выдержкой на каждом этапе 3 ч представлен крупными железистыми частицами преимущественно Al8Fe2Si и Al5FeSi размером 1-3 мкм выделившихся по границам первоначальных дендритных ячеек. Анализ тонкой структуры выявляет частицы Al3Zr, равномерно распределенных в теле зерен, размером 10 нм с решеткой L12. Тонкая структура термостойкого алюминие-циркониевого сплава и соответствующая структуре дифракционная картина представлена на фиг.1. Частицы имеют кубическую решетку с периодом a=4,09, и выделяются в соответствии с ориентационным соотношением куб-куб с матрицей: (020)Al || (020)Al3Zr, (002)Al || (002)Al3Zr, [022]Al || [022]Al3Zr.

Химический состав и физико-механические характеристики аналогов, прототипа и предложенного сплава представлены в сравнительной таблице 1 (фиг.2).

Пример 1. В соответствии с предложенным способом получен сплав следующего химического состава: Al – 0,24 % Zr, 0,22 % Si, 0,65% Fe при соотношение кремний/железо= 0,33. После термомеханической обработки временное сопротивление разрыву составило 220 МПа, относительное удлинение – 17%, электропроводность – 59,8 % IACS.

Пример 2.

Получен сплав следующего химического состава: Al – 0,37% Zr, 0,36% Si, 0,75% Fe при соотношение кремний/железо= 0,33. В отличие от примера 1, данный сплав имеет более высокое содержание легирующих элементов. Как следует из таблицы 1, заявленный материал обладает повышенной прочностью и достаточную электропроводность: временное сопротивление разрыву составляет 250 МПа, относительное удлинение – 15%, электропроводность – 56,7 % IACS.

Оптимальное содержание легирующих элементов в предложенном сплаве обеспечит повышенную прочность, высокую электропроводность и термостойкость. Данные в таблице показывают, что разработанный сплав имеет прочность выше, чем сплавы, предложенные в патентах RU № 2441090 и RU № 2544331, лучшую электропроводность в сравнении с патентом RU № 2534170. Пониженное содержание дорогого легирующего элемента циркония и завышенное недорогих элементов железа и кремния в сравнении с другими сплавами обеспечивает низкую себестоимость материала, поэтому производство термостойкой катанки и проводов из предлагаемого сплава представляется экономически целесообразным. Физико-механические характеристики разработанного сплава отвечают требованиям IEC 62004 и ГОСТ Р МЭК 62004— 014, поэтому производство катанки из данного материала, возможно реализовать не только в рамках программы импортозамещения, но и в рамках расширения экспортных поставок отечественной продукции за рубеж.

Алюминиево-циркониевый сплав, содержащий цирконий, кремний, железо и алюминий, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: 0,22-0,4 Zr, 0,2-0,4 Si, 0,62-0,8 Fe, алюминий – остальное, при соотношении кремний/железо, равном 0,3-0,5.
Алюминиево-циркониевый сплав
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 142 items.
20.01.2018
№218.016.1c6b

5-гидроксиникотинат калия, обладающий кардиопротекторной активностью

Изобретение относится к калиевой соли 5-гидроксиникотиновой кислоты формулы СНNОK,
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640580
Дата охранного документа: 10.01.2018
17.02.2018
№218.016.2cae

Способ профилактики ишемической нейропатии зрительного нерва карбамилированным дарбэпоэтином в эксперименте

Изобретение относится к медицине, в частности к экспериментальной фармакологии и офтальмологии, и может быть использовано для профилактики ишемической нейропатии зрительного нерва. Способ включает моделирование ишемической нейропатии зрительного нерва путём ежедневного внутрибрюшинного введения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643579
Дата охранного документа: 02.02.2018
04.04.2018
№218.016.3672

Способ прогнозирования риска развития преэклампсии на основе комбинаций генов матриксных металлопротеиназ

Изобретение относится к области медицинской диагностики и предназначено для прогнозирования риска развития преэклампсии на основе комбинаций генов матриксных металлопротеиназ. Из периферической венозной крови женщин русской национальности, являющихся уроженками Центрального Черноземья России,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646448
Дата охранного документа: 05.03.2018
10.05.2018
№218.016.4678

Способ напыления газотермических покрытий на внутренние поверхности и устройство для его реализации

Изобретение относится к технологии напыления газотермических покрытий и может быть использовано в машиностроении, авиационной и ракетно-космической технике, станкостроении, нефтегазодобывающей промышленности, энергетике и в городских сетях. Способ напыления газотермических покрытий на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650471
Дата охранного документа: 13.04.2018
10.05.2018
№218.016.4697

Универсальный механизм перемещения

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для создания сложных роботизированных станков и манипуляторов с возвратно-поступательным осевым перемещением исполнительного звена и одновременным вращением его вокруг этой оси. Механизм содержит корпус с расположенным в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650473
Дата охранного документа: 13.04.2018
10.05.2018
№218.016.4825

Способ прогнозирования риска развития гиперпластических процессов эндометрия на основе генетических данных

Изобретение относится к области медицины и предназначено для прогнозирования риска развития гиперпластических процессов эндометрия у женщин русской национальности, уроженок Центрального Черноземья. Из периферической венозной крови выделяют ДНК. Методом полимеразной цепной реакции анализируют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650988
Дата охранного документа: 18.04.2018
10.05.2018
№218.016.4827

Способ прогнозирования риска развития миомы матки

Изобретение относится к области медицины и предназначено для прогнозирования риска развития миомы матки у женщин русской национальности, уроженок Центрального Черноземья. Из периферической венозной крови выделяют ДНК методом полимеразной цепной реакции. Анализируют полиморфизмы генов rs7538038,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650990
Дата охранного документа: 18.04.2018
10.05.2018
№218.016.482d

Способ прогнозирования риска развития генитального эндометриоза

Изобретение относится к области медицины и предназначено для прогнозирования риска развития генитального эндометриоза. Из периферической венозной крови выделяют ДНК. Методом полимеразной цепной реакции проводят анализ полиморфизмов генов rs713586, rs10441737, rs887912. В случае выявления у...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650994
Дата охранного документа: 18.04.2018
18.05.2018
№218.016.50b0

Способ прогнозирования риска развития ишемического инсульта с учетом генетических факторов

Способ прогнозирования риска развития ишемического инсульта с учетом генетических факторов относится к биохимии. Изобретение может быть использовано для выявления риска развития инсульта у индивидуумов русской национальности, являющихся жителями Центрального Черноземья. Способ включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653450
Дата охранного документа: 08.05.2018
29.05.2018
№218.016.5292

Способ прогнозирования риска развития преэклампсии тяжелого течения с учетом генетических данных

Изобретение относится к генетике. Описан способ прогнозирования риска возникновения преэклампсии тяжелого течения у женщин русской национальности, уроженках Центрального Черноземья, относится к области медицинской диагностики. Способ включает выделение ДНК из периферической венозной крови....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653765
Дата охранного документа: 14.05.2018
Showing 1-10 of 43 items.
27.07.2013
№216.012.59e8

Способ получения заготовок сталей аустенитного класса с нанокристаллической структурой

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к обработке металлов давлением, а именно к технологии получения заготовок сталей аустенитного класса с нанокристаллической структурой, и может быть применено при изготовлении сосудов высокого давления для теплоэнергетики и химической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488637
Дата охранного документа: 27.07.2013
20.06.2014
№216.012.d4f3

Способ термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса, применяемых для изготовления элементов тепловых энергетических установок с рабочей температурой пара до 650°C. Способ включает выдержку в аустенитной области при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520286
Дата охранного документа: 20.06.2014
10.08.2014
№216.012.e74d

Способ термомеханической обработки сталей аустенитного класса

Изобретение относится к области металлургии конструкционных сталей и сплавов, а именно к термомеханической обработке аустенитных коррозионно-стойких хромоникелевых сталей. Техническим результатом изобретения является повышение прочностных свойств стали при относительно невысоких температурах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525006
Дата охранного документа: 10.08.2014
10.12.2014
№216.013.0da4

Способ термомеханической обработки для повышения технологической пластичности объемных полуфабрикатов из al-cu-mg-ag сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу термомеханической обработки полуфабрикатов из Al-Cu-Mg-Ag сплавов для дальнейшей формовки из них объемных деталей сложной формы, применяемых в авиакосмической технике и транспортном машиностроении. Термомеханическая обработка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534909
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.04.2015
№216.013.4074

Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литого композиционного материала (ЛКМ) на основе алюминиевого сплава для изготовления циклически и термически нагруженных до 230°С деталей авиационного назначения - лопаток вентилятора и ступеней компрессора низкого давления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547988
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.08.2015
№216.013.6a31

Жаропрочная сталь мартенситного класса

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным хромистым сталям мартенситного класса, применяемым в энергетической промышленности в качестве конструкционных материалов для производства котлов, роторов и другого оборудования тепловых электростанций нового поколения,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558738
Дата охранного документа: 10.08.2015
27.12.2016
№216.013.9dab

Способ деформационно-термической обработки объемных полуфабрикатов из al-cu-mg сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термически упрочняемым сплавам на основе алюминия, а именно к способу деформационно-термической обработки высокопрочных сплавов системы Al-Cu-Mg, используемых в качестве конструкционных материалов для деталей авиакосмической техники и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571993
Дата охранного документа: 27.12.2015
20.01.2016
№216.013.a232

Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия

Изобретение относится к области металлургии сплавов, в частности деформируемых термически упрочняемых алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mg-Ag, предназначенных для использования в качестве высокопрочных конструкционных материалов в авиационно-космической промышленности. Сплав содержит, мас. %:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573164
Дата охранного документа: 20.01.2016
10.02.2016
№216.014.c437

Медный сплав

Изобретение относится к металлургии, а именно к сплавам для профилей коллекторов двигателей электрических машин. Сплав на основе меди для коллекторов электрических двигателей содержит, мас.%: хром - более 0,05 до 0,38, цирконий - более 0,06 до 0,1, иттрий - более 0,05 до 0,1, примеси - не более...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574934
Дата охранного документа: 10.02.2016
27.05.2016
№216.015.42a4

Жаропрочная сталь мартенситного класса

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочной хромистой стали мартенситного класса, используемой для изготовления лопаток турбин энергетических установок. Сталь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,08-0,12, кремний не более 0,1, марганец...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585591
Дата охранного документа: 27.05.2016
+ добавить свой РИД